JPH0261055A - 鉄基材上への金属コーティング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、軟鋼などの鉄基材上へ、銅その他の一般的に
コーチインクか困難な金属をコーティングする方法に関
するものであり、さらに詳しくは、車両のエンジンやミ
ッション、軸受部等て面圧が高く耐摩耗性を必要とする
部品、タービンブレードのように高耐酸化性が要求され
る部品、または高導電性金属のコーティングにより電気
関連分野の部品に適用するのに好適な鉄基材上への金属
コーティング方法に関するものである。

［従来の技術］ 鉄基材上への金属コーティング方法としては、電気メツ
キ法、真空蒸着法、溶射、ＣＶＤまたはＰＶＤ、あるい
はスパッタリンクなどがある。

しかしながら、例えば、銅のような金属は、鉄基材の上
に直接コーチインクすることが困難てあり、たとえ電気
メツキ等によって被着できるとしても、両者の害着強度
か非常に弱く、また厚いコーティング層を得ることはで
きない、さらに、高真空状態でコーティングする蒸着、
スパッタリンク、ＣＶＤ、あるいはＰＶＤでは、皮膜そ
のものの性能は優れているが、大型部品へのコーチイン
クや、大量生産がてきないという問題がある。

また１局部的に微小領域へ金属をコーティングしようと
する場合、マスキングが必要となり、無駄な労力を必要
とする。

このような問題は、金や銀等のコーチインクを行う場合
も同様である。これは、コーティングに際して両者の金
属間に拡散層が形成されないことに起因する。

［発明か解決しようとする問題点］ 本発明者は、このような鉄に対する密着強度か劣る金属
を、高真空状態ての処理を必要とすることなく、拡散層
を介して高い密着強度でコーチインクすべく、鋭意研究
を重ねた結果、助剤としてレーザー吸収性においてすぐ
れたＢＮを用い、その存在下において高出力レーザーの
照射によるコーチインクを行うと、特殊な拡散層の形成
により極めてすぐれた密着強度のコーテイング膜か得ら
れることを確かめ、本発明をなすに至ったものである。

従って、本発明の目的は、本来鉄基材の表面にコーティ
ングし難い金属を、簡単な手段ですぐれた密着強度をも
たせてコーチインク可能にすることにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明の方法は、鉄基材上に
、助剤としてのＢＮと、コーチインクすべき金属の粉末
とを塗着し、その表面に高出力レーザーを照射すること
により、鉄基材表面にＦｅ２Ｂを主体とするコーティン
グ金属の拡散層を形成させて上記金属のコーチインクを
行うことを特徴とするものである。

本発明の金属コーティング方法をさらに具体的に説明す
ると、本発明の方法は、特に鉄基材に対してコーティン
グか困難な金属を対象とし、そのコーティングに際して
は、助剤としてレーザー吸収剤であるＢＮを用い、それ
に上記金属粉末を混合し、エチルアルコール等の揮発性
液体と共に混練して泥状にしたものを鉄基材上に塗着す
る。

金属粉末に対するＢＮの混合比は、２５〜５０　ｖｏ１
％が望ましく、特に、　３０ｖｏ１％程度か最も望まし
い。この混合比率か少なくても、また逆に多くても被膜
生成は阻害される。また、ＢＮの粒度は、光エネルギ吸
収性がよい３〜１０用のものか被膜の生成を助長する。

上記鉄基材上への金属粉末及び助剤の塗着は。

上述した泥状のものを適宜手段て塗布することにより行
うことがてき１例えば鉄基材をそのまま泥状液の中に浸
漬してもよい。また、最初に鉄基材表面に助剤であるＢ
Ｎをスプレーし、その上に金属粉末を重ね、さらにその
上にＢＮをスプレーその他の方法で被着するなどの方法
によることもできる。

このようにして金属粉末及び助剤を塗着した鉄基材は、
電気炉等において乾燥させるが、前述した脱脂・洗浄が
不十分てあれば、ここで塗布膜の剥離か生起する。この
乾燥後に、鉄基材の塗布膜上に高出力レーザーを照射す
ると、瞬時に上記金属のコーテイング膜か形成される。

その際、接合界面にａｇｍのＦｅ２Ｂを主体とするＣｕ
拡散層か形成され、それによって密着強度の高いコーチ
インク膜か形成される。

上記接合界面の拡散層を形成するＦｅ、Ｂは、それ自体
、比較的脆い材料であるが、拡散層か非常に薄いもので
あるため、表面的に脆さか生しるようなことはなく、む
しろすぐれた破断強度を示すため、コーチインク膜の密
着強度か非常に高くなって、１０ｋｇ／＋＋＋ｌ１２ま
たはそれ以上にも達し、簡単に剥離することがないばか
りてなく、その膜の被着面に機械加工を施すこともてき
る。

照射する高出力レーザーとしては、高出力エネルギか広
領域て取り出せる炭酸ガスレーザーか適し、それを広領
域に照射するには、多数の分割されたミラーによって所
要の位置に集光するインテグレーションミラーや、ポリ
ゴンミラーを使用し、鉄基材に適当な送りを与えるとか
、あるいは、レーザーによって鉄基材の表面をスキャニ
ングするなどの手段により、鉄基材における所要の表面
に照射する。また、局部的な微小望域に被膜を生成させ
る場合には、集光レンズを用いて集光することかでき、
適当なスポット光を用いて加工テーブルをＮＣ化するこ
とにより、直線状、曲線状、あるいはそれらを複合化し
た各種図形、模様状に金属をコーティングすることもで
きる。

高出力レーザーのパワーは、諸条件に対応して適切に設
定される。

第　　１　　表 第１表に各金属のコーティングに用いるレーザー出力及
び鉄基材の送り速度の一例を示す。

レーザー照射の後、鉄基材上に残留する未溶着粉末は、
必要に応じて、有機溶剤による洗浄、あるいは鉄基材に
振動を与えることにより除去する。

上述したところにより得られるコーチインク膜は、コー
ティング条件の適切な設定により比較的厚くすることも
容易であり、また鉄基材の表面に塗着する際にＢＮの量
を多くすると、コーテイング膜の内部にＢＮが残留して
複合被膜を形成し、そのＢＮか潤滑性を有していて、固
体潤滑材として作用するのて、潤滑性複合被膜を形成す
ることかできる。この複合被膜を潤滑材料として使用す
るには、複合被膜中にＢＮが少なくとも２０　Ｖｏ１％
あることが望ましい。

このような潤滑性被膜を形成する場合において、ＢＮは
そのままでは熱を加えても分解しないか、溶融金属に触
れると分解する特性を有し、そのため比較的大量に添加
しないと内部に残留しない。また、ＢＮはＣｕ等に比し
て比重か小さく、金属か溶融したときにその表面に浮上
するためＢＮをコーチインク膜の内部に残留させる場合
には、この点も考慮して大量に添加する必要かある。

［実施例］ 高出力レーザーを利用し密着性のよいコーチインク膜を
作るのか極めて困難といわれている鉄基材上への銅のコ
ーティングについて実験を行った。

実験方法には、　６９ｘ　１７ｘ　１４ｍｍのＳＳ４１
材の試験片を用い、この試験片上にエチルアルコールに
分散した粒径約３０トｌの銅粉末を塗着した試料。

及び上記銅粉末と３０ｖｏ１％のＢＮの混合粉末をそれ
ぞれ塗着した試料を作成し、インテグレーションミラー
を使用してレーザーを照射した。照射面積は１２．５Ｘ
　１２．５ｍ＋ｎ、レーザー出力は３〜５ｋｖｊ、試料
の送り速度は０．５〜１．５ｍ／ｍｉｎとした。

実験の結果、　Ｃｕ粉末のみてのコーティングは、この
実験条件の範囲で実現できなかった。

一方、　Ｃｕ−ＢＮ　混合粉末の場合については、４ｋ
Ｗのパワーて、試験片送り速度０．５ｍ／ｆｆ１ｉｎの
条件で行ったとき、最良のコーチインクか得られた。形
成されたＣｕ層の厚さは約１８０ｇｍである。また、Ｅ
　Ｐ　Ｍ　Ａ　（ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｐｒｏｂｅ　ｍ１
ｃｒｏ　ａｎａｌｙｚｅｒ）分析の結果、Ｃｕ層表面に
ＢＮ濃度か高く、深さ方向に濃度は減少し、ｌ０ｇｍ以
上深いとＢＮは殆ど検出されなかった。第１図に、接合
界面をＥＰＭＡ線分析した結果を示しているか、約３ｇ
ｍのＦｅ、Ｂを主体とするＣｕ拡散層が形成されている
ことかわかった。

［発明の効果コ 以上に詳述したように、本発明の金属コーチインク方法
によれば、今まで難しいと考えられていた鉄基材上への
Ｃｕ等のコーティングを容易に行うことかてき、しかも
比較的簡単な手段て短時間にすぐれた密着強度をもつコ
ーティング層を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法によるコーテイング膜の接合界面
をＥＰＭＡ線分析した結果を示す線図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、鉄基材上にＢＮとコーティングすべき金属の粉末を
   塗着し、その表面に高出力レーザーを照射することによ
   り、鉄基材表面にＦｅ＿２Ｂを主体とするコーティング
   金属の拡散層を形成させて、上記金属のコーティングを
   行うことを特徴とする鉄基材上への金属コーティング方
   法。